RTOS vs. GPOS:Ein vollständiger Leitfaden

In dieser modernen Ära haben wir viele Software- und Hardwarelösungen gesehen, die ein Betriebssystem erfordern. Betriebssysteme helfen diesen Geräten, reibungslos zu laufen und unzählige verschiedene Aufgaben zu erledigen. Als Elektronik-Enthusiast benötigen Sie jedoch höchstwahrscheinlich mehr Einblick in die Art des Betriebssystems, das Sie für Ihr Projekt benötigen. Zum Glück haben wir, was Sie brauchen. In diesem Artikel finden Sie alles über RTOS vs. GPOS, ihre Vergleiche und verschiedene Arten von Anwendungen. Auch wenn Sie einfach mehr über diese Betriebssysteme wissen möchten, sind Sie hier genau richtig.

Bereit? Fangen wir an.

Universelle Betriebssysteme (GPOS)

Das GPOS ist ein Betriebssystem, das eine große Anzahl von Prozessen verwalten und eine Ausführung pro Zeiteinheit abschließen kann – was wir gerne als Durchsatz bezeichnen. Manchmal verzögerte das Allzweck-Betriebssystem die Ausführung eines Threads mit hoher Priorität, um fünf oder sechs Prozesse mit niedriger Priorität auszuführen.

Computerarbeitsplatz

Um den erforderlichen hohen Durchsatz zu erreichen, würde es also fünf Aufgaben mit niedriger Priorität bedienen, anstatt einen Prozess mit hoher Priorität auszuführen. Mit anderen Worten, wenn mehrere Aufgaben mit niedriger Priorität zur Ausführung in die Warteschlange gestellt werden, würde das GPOS zulassen, dass diese Aufgaben zuerst ausgeführt werden, damit es seinen hohen Durchsatz aufrechterhält.

Nun verwenden die meisten Allzweck-Betriebssysteme eine Fairness-Richtlinie, um Prozesse und Threads zur CPU zu übertragen.

Außerdem ermöglicht diese Richtlinie dem GPOS, die insgesamt hohe Leistung zu liefern, die Desktop- und Serveranwendungen benötigen, um effizient zu arbeiten.

Es kann jedoch nicht garantiert werden, dass eine Aufgabe mit hoher Priorität oder zeitkritische Threads vor Threads mit niedriger Priorität ausgeführt werden. Daher funktioniert das universelle Betriebssystem besser für Geräte, die mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen.

Personalcomputer (PC)

Echtzeitbetriebssystem (RTOS)

Andererseits hat RTOS ein Design, das zeitkritische Anwendungen mit hoher Präzision handhabt. Damit ein Betriebssystem in diese Kategorie fällt, muss es für jede kritische Operation, die es ausführt, eine maximale Zeitspanne haben. Mit anderen Worten, es ist ein zeitgebundenes System.

Ein Echtzeitbetriebssystem ist ziemlich komplex. Aber keine Sorge, wir werden es für Sie aufschlüsseln. Das RTOS hat drei grundlegende Funktionalitäten:Scheduler, RTOS-Dienste, Synchronisation und Messaging.

Der Planer

Der Scheduler hat drei Zustände:Der erste ist der betriebsbereite Zustand, der sich auf eine betriebsbereite Aufgabe bezieht, die bei Bedarf in den laufenden Zustand wechseln kann. Zweitens ist der Laufzustand, der gilt, wenn eine Aufgabe ausgeführt wird. Schließlich ist der blockierte Zustand, wenn die Aufgabe nicht ausgeführt werden kann und in einen blockierten Zustand versetzt wird.

Außerdem gibt es drei Arten von Scheduling-Techniken:

Vorbeugende Aufgabenplanungsmethode/prioritätsbasierte Planung

Die präventive Scheduling-Technik beinhaltet eine prioritätsabhängige Zeitzuweisung. Hier können Sie jeder Aufgabe eine eindeutige Prioritätsstufe zuweisen.

Kooperative Zeitplanung

Hier können Sie jeder Aufgabe einen festen Slot zuweisen. Wenn die Aufgabe jedoch ihre Ausführung nicht abschließt, würde sie die generierten Daten verlieren und auf ihre nächste Runde warten.

Schließlich kümmert sich der Kernel darum, eine Aufgabe zu erstellen, die Priorität einer Aufgabe zu ändern, den Zustand einer Aufgabe zu ändern und eine Aufgabe zu löschen.

RTOS-Dienste

Das Herzstück eines jeden Betriebssystems ist ein Kernel. Der Kernel ist für die Verwaltung und Zuweisung der Ressourcen eines Betriebssystems verantwortlich. Tasks können jedoch nicht immer die Aufmerksamkeit der CPU auf sich ziehen, daher muss der Kernel andere Dienste wie Zeitdienste, Input-Output-Dienste, Interrupt-Behandlungsdienste, Speicherverwaltungsdienste und Geräteverwaltungsdienste bereitstellen.

Kernel-Diagramm

Messaging und Synchronisierung

Die Messaging-Funktionalität bietet eine Möglichkeit für das RTOS, zwischen Tasks mit anderen Systemen zu kommunizieren. Die Messaging-Dienste umfassen Postfächer, Pipes, Nachrichtenwarteschlangen, Ereignis-Flags und Semaphore.

Postfächer, Nachrichtenwarteschlangen und Pipes können Nachrichten zwischen Tasks senden, während Ereignis-Flags alle Aktivitäten zwischen Tasks synchronisieren können. Außerdem können Semaphoren den Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen synchronisieren.

RTOS (Echtzeit-Betriebssysteme) vs. GPOS (Allzweck-Betriebssysteme)

Der grundlegende Unterschied zwischen dem RTOS und dem GPOS ist die Art der Anwendung (ob sie zeitkritisch ist oder nicht, ob sie ein- oder mehrzweckig ist). Ein gutes Beispiel für ein zeitkritisches System ist ein Geldautomat. Eine Person würde 4 oder 5 Sekunden warten, um Geld von einem Geldautomaten zu erhalten, nachdem sie die Bestätigungstaste gedrückt hat. Niemand möchte nach dem Drücken der Bestätigungstaste fünf Minuten warten.

Geldautomat

Andererseits haben PCs mehrere Zwecke, was sie zu einem System macht, das nicht zeitkritisch ist. Mit einem PC können Sie verschiedene Anwendungen gleichzeitig ausführen. Außerdem gibt es keine bestimmte Zeit, um etwas auf einem PC und sogar einem Smartphone zu tun. Beispielsweise kann das Speichern eines Dokuments in manchen Fällen Sekunden oder Minuten dauern. Dies hängt jedoch von der Anzahl der laufenden Prozesse und Tasks ab.

Smartphone

Ein universelles Betriebssystem funktioniert also für nicht zeitkritische Anwendungen und Systeme wie Linux, Windows usw.

Linux-System

Während Echtzeit-Betriebssysteme für zeitkritische Anwendungen funktionieren, die schnelle und vorhersehbare Antworten benötigen – wie UCOS, VxWorks usw.

Hier sind Kategorien, um die Unterschiede zwischen den beiden Betriebssystemen näher zu erläutern:

Aufgabenplanung

In der Kategorie der Aufgabenplanung konzentriert sich das GPOS nicht auf die Priorität. Es handhabt die Planung auf eine Weise, die einen hohen Durchsatz liefert. Im Falle eines RTOS hingegen konzentriert sich die Planung immer auf die Priorität. Im Gegensatz zum GPOS werden alle Prozesse mit hoher Priorität vor jeder Aufgabe mit niedriger Priorität ausgeführt.

Windows

Latenzprobleme

Hier ist ein großes Problem, das das GPOS plagt. Die meisten GPOS haben eine unbegrenzte Dispatch-Latenz – was bedeutet, je mehr Threads geplant werden müssen, desto mehr Latenzen summieren sich. RTOS hat solche Probleme nicht, da alle Threads und Prozesse begrenzte Latenzen haben (Threads werden innerhalb eines festgelegten Zeitlimits ausgeführt).

Wirtschafts- und Hardwarefaktoren

RTOS funktioniert für Standalone- und Low-End-Systeme wie Verkaufsautomaten oder Geldautomaten. Außerdem ist das RTOS im Vergleich zu einem GPOS klein und leicht. Darüber hinaus funktioniert GPOS für allgemeine Zwecke und High-End-Geräte wie Workstations oder PCs.

High-End-Geräte

Präemptiver Kernel

Ein großes Problem, wenn es darum geht, Prozesse mit hoher Priorität zuerst auszuführen, ist ein präemptiver Kernel. Wenn also ein Kernel nicht präemptiv ist, würde eine Anfrage von diesem Kernel sofort alle anderen laufenden Prozesse überschreiben. Während der Kernel eines RTOS präemptiv ist, ist es der Kernel eines GPOS nicht.

Mit anderen Worten, eine Prozessausführung mit hoher Priorität in einem GPOS kann einem Kernel-Aufruf nicht vorgreifen, während Prozesse mit hoher Priorität in RTOS einer Aufgabe mit niedriger Priorität bei Bedarf immer vorgreifen und Aufgaben außerhalb des Kernel-Aufrufs als extern behandeln Prozesse.

RTOS vs. GPOS– Bewertung und Auswahl eines RTOS für eine eingebettete Produktentwicklung

Bevor Sie ein eingebettetes RTOS evaluieren, das alle Anforderungen von eingebetteten Systemen erfüllt, stellen Sie sicher, dass das potenzielle RTOS einige wichtige Funktionen unterstützt.

Um Ihnen die Arbeit zu erleichtern, finden Sie hier eine Übersicht über diese wichtigen Funktionen:

RTOS vs. GPOS– Planer

Die Scheduler von Betriebssystemen übernehmen die Pflicht, zu entscheiden, wann das OS jede Aufgabe ausführen soll. Planer können jede Aufgabe abhängig von den verfügbaren Ressourcen und der Priorität aussetzen und fortsetzen. Daher muss ein eingebettetes RTOS über einen eingebauten Scheduler verfügen. Es ermöglicht dem RTOS die Ausführung von Aufgaben in Echtzeit.

Software-Timer

Wie der Name schon sagt, ermöglichen Software-Timer die Ausführung von Funktionen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters. Es ist weder einfach noch ratsam, manuell einen Software-Timer für Ihr RTOS zu erstellen, also stellen Sie sicher, dass Sie ein RTOS mit integriertem Software-Timer auswählen.

RTOS vs. GPOS– Warteschlangenmechanismus

Warteschlangen ermöglichen es Aufgaben, Informationen auszutauschen. Ein RTOS mit eingebautem Warteschlangenmechanismus ermöglicht den Austausch von Nachrichten zwischen Tasks.

Ausführungsverfolgungstools

Mit dem Tracing-Tool können Sie das Echtzeitverhalten von Echtzeitsystemen einfach beobachten. So kann Ihr Entwicklungsteam eventuelle Fehler und die Ausführung von Aufgaben nachverfolgen und erkennen.

RTOS vs. GPOS – geringer Speicherbedarf

Da Sie ein RTOS in eine MCU-Plattform integrieren müssen, sollte das potenzielle RTOS einen geringen Speicherbedarf haben. Das bedeutet, dass die Gesamtgröße nicht mehr als 10 % der Gesamtgröße der MCU betragen sollte.

RTOS-Architektur

Abschluss

Kurz gesagt, sowohl RTOS als auch GPOS funktionieren gut in Anwendungen, die für sie entwickelt wurden. Obwohl RTOP möglicherweise einen geringeren Durchsatz als das GPOS austeilt, bedeutet dies nicht, dass sein Durchsatz niedrig ist.

Während das GPOS viele schwere Prozesse verarbeitet, verarbeitet das RTOP weniger Aufgaben mit einem Durchsatz im Verhältnis zur Systemlast.

Das Hauptanliegen eines RTOS ist jedoch die Bereitstellung eines vorhersehbareren Ausführungsmusters und einer zeitnahen Ausführung – nicht ein hoher Durchsatz. Beim GPOS ist das Gegenteil der Fall. Nun, das fasst alles über GPOS vs. RTOS zusammen. Wenn Sie Kommentare oder Fragen haben, können Sie sich gerne an uns wenden. Wir helfen Ihnen gerne weiter.